كشف علماء الفلك عن الصورة الأولى للثقب الأسود في مركز مجرة ​​درب التبانة: “إنها رائعة جدًا”

16


بعد ثلاث سنوات من التقاط الصورة الأولى لـ ثقب أسود عملاق أعلن باحثون يوم الخميس أن علماء الفلك تمكنوا ، في مجرة ​​تبعد 55 مليون سنة ضوئية ، من “تصوير” الفراغ الهائل للثقب الأسود الأصغر والأقرب بكثير والذي يتربص بهدوء في قلب مجرة ​​درب التبانة.

قال مايكل جونسون ، الباحث في مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية: “نحن نتطلع إلى بيئة جديدة ، الزمكان المنحني بالقرب من ثقب أسود هائل”. “وهي تعج بالنشاط ، دائمًا ما تكون مليئة بالطاقة المضطربة وتتفجر أحيانًا إلى مشاعل لامعة من الانبعاثات.”

051222-sgra.jpg
الثقب الأسود في مركز مجرة ​​درب التبانة ، والمعروف باسم Sagittarius A * أو Sgr A *.

تعاون EHT


كان الهدف لعام 2019 عبارة عن ثقب أسود محير للعقل في قلب M-87 ، وهي مجرة ​​إهليلجية عملاقة في كوكبة العذراء ، ثقب كتلته 6.5 مليار شمس. تسحب جاذبيتها الهائلة المواد المحيطة بها إلى قرص ، مما يسرعها إلى ما يقرب من سرعة الضوء وتسخنها إلى درجات حرارة قصوى ، مما يؤدي إلى سيل من الإشعاع الذي يمكن رؤيته من الأرض.

الثقب الأسود في مركز مجرة ​​درب التبانة ، والمعروف باسم Sagittarius A * ، أو Sgr A * اختصارًا (يُنطق Sag A-star) ، أقرب كثيرًا ، على بعد حوالي 26000 سنة ضوئية من الأرض ، لكنه أصغر بكثير. ال 6.5 مليار كتلة شمسية تشكل الثقب الأسود M-87 سوف تملأ النظام الشمسي بأكمله. سوف تتلاءم الكتلة الشمسية لـ Sgr A * التي تبلغ 4 ملايين داخل مدار عطارد.

051222-Comparison.jpg
مجموعة من الصور تقارن الثقب الأسود في مركز درب التبانة ، المعروف باسم Sagittarius A * ، أو Sgr A * (على اليسار) والثقب الموجود في قلب M-87 (على اليمين).

تعاون EHT


الآن ، بعد سنوات من جمع البيانات بعناية باستخدام ثمانية تلسكوبات راديوية مدمجة ومزامنة إلكترونيًا مع الساعات الذرية لتشكيل طبق افتراضي بحجم كوكب الأرض ، كشف المتعاونون مع مشروع Event Horizon Telescope النقاب عن الصورة التي طال انتظارها لـ Sgr A *.

لقد كان إنجازًا مكافئًا تقريبًا لتصوير حبة ملح واحدة في مدينة نيويورك باستخدام كاميرا في لوس أنجلوس.

قالت فريال أوزيل ، عالمة الفيزياء الفلكية النظرية بجامعة أريزونا وقائدة فريق EHT ، إن Sgr A * كان محور “الدراسات الفلكية المكثفة لعقود من الزمن”. “كشفت ملاحظات النجوم التي تدور حولها عن وجود جسم هائل جدًا ، كتلته 4 ملايين مرة كتلة شمسنا ، ولكنه أيضًا خافت جدًا.

وقالت: “حتى الآن ، لم تكن لدينا الصورة المباشرة التي تؤكد أن Sgr A * كان بالفعل ثقبًا أسود”. “اليوم ، يسعد Event Horizon Telescope أن يشارككم أول صورة مباشرة للعملاق اللطيف في وسط مجرتنا.”

قال أوزيل إن الصورة ، التي تستند إلى ملاحظات متعددة باستخدام مجموعة متنوعة من الخوارزميات لاستخراج تفاصيل دقيقة ، “تُظهر حلقة ساطعة تحيط بالظلمة ، وهي علامة منبهة لظل الثقب الأسود”.

“الضوء المنطلق من الغاز الساخن الذي يدور حول الثقب الأسود يبدو لنا على أنه الحلقة الساطعة. الضوء القريب جدًا من الثقب الأسود ، قريب بما يكفي ليبتلعه ، في النهاية يعبر أفقه ويترك وراءه الفراغ المظلم في المركز.”

بحكم التعريف ، لا يمكن ملاحظة الثقوب السوداء بشكل مباشر لأنه لا يوجد شيء ، ولا حتى الضوء ، يمكنه الإفلات من القوة الداخلية الساحقة لجاذبيتها العملاقة.

ولكن يمكن الكشف عن وجودها بشكل غير مباشر من خلال ملاحظة آثار تلك الجاذبية على مسارات النجوم القريبة والإشعاع المنبعث عبر الطيف الكهرومغناطيسي بواسطة مادة مسخنة إلى درجات حرارة قصوى حيث يتم امتصاصها في “قرص تراكم” سريع الدوران ثم في الحفرة نفسها.

تمت مراقبة حركات النجوم في قلب مجرة ​​درب التبانة المغطى بالغبار بالقرب من Sgr A * عن كثب على مدار العقدين الماضيين ، مما سمح لعلماء الفلك بحساب كتلة الجسم غير المرئي الذي يحرف مساراتهم.

يُظهر رسم متحرك كيف تشوه جاذبية الثقب الأسود المركزي لمجرة درب التبانة مسارات النجوم القريبة. بتحليل تلك المسارات ، خلص علماء الفلك إلى أن الثقب الأسود غير المرئي تبلغ كتلته 4 ملايين شمس.

مجموعة Keck / UCLA Galactic Center Group


منحت جائزة نوبل لعام 2020 لثلاثة باحثين أكدت ملاحظاتهم وتحليلاتهم الرائدة وجود ثقب أسود هائل. التقط تلسكوب أفق الحدث أول صورة فعلية لجسم ضخم.

تُظهر هذه الصورة اللب المركزي المظلم لـ Sgr A * – ظل “أفق الحدث” – محاطًا بحلقة غير متوازنة من الضوء تنبعث من جزيئات تتسابق حول الثقب بسرعة الضوء تقريبًا.

أفق الحدث هو الحد غير المرئي بين الثقب الأسود وبقية الكون ، وهي منطقة لا يستطيع أي شيء ، ولا حتى الضوء ، الهروب من براثن الجاذبية في الثقب. الغاز والغبار والنجوم الضالة والضوء الذي تنبعث منه ، أي شيء يعبر هذا الخط غير المرئي يختفي من الكون المعروف.

تتشابه صورة EHT الخاصة بـ Sgr A * في المظهر مع الصورة التاريخية للثقب الأسود الضخم لـ M-87 وتشبه إلى حد كبير ما توقعه علماء الفلك استنادًا إلى عمليات المحاكاة الحاسوبية التي تدير معادلات نظرية النسبية العامة لأينشتاين.

قال أوزيل إن الثقب الأسود في M-87 “أكبر بمقدار 1500 مرة ، مما يجعل أفقه أكبر بمقدار 1500 مرة”. “ولكنه أيضًا يبعد عنا 2000 مرة. وهذا يجعل الصورتين تبدوان متشابهتين للغاية عندما نحدق إليهما في السماء. لكن الثقبين الأسودين لا يمكن أن يكونا (أكثر) مختلفين عن بعضهما البعض عمليًا بكل طريقة أخرى.

“واحد في M-87 يتراكم المادة بمعدل أسرع بكثير من Sgr A *. ولكن ربما الأهم من ذلك ، أن الصاروخ الموجود في M-87 يطلق نفاثًا قويًا يمتد حتى حافة تلك المجرة. ثقبنا الأسود لا. ومع ذلك ، عندما ننظر إلى قلب كل ثقب أسود ، نجد حلقة ساطعة تحيط بظل الثقب الأسود. يبدو أن الثقوب السوداء تشبه الكعك ، “مازحت.

قال جونسون: “فقط القليل من المواد هو الذي يصل في الواقع إلى الثقب الأسود”.

قال: “لو كان Sgr A * شخصًا ، فإنه سيستهلك حبة أرز واحدة كل مليون سنة”. “وبينما يمكن أن تكون بعض الثقوب السوداء فعالة بشكل ملحوظ في تحويل طاقة الجاذبية إلى ضوء ، فإن Sgr A * يحبس كل هذه الطاقة تقريبًا ، إلا أن جزءًا واحدًا فقط من 1000 يتم تحويله إلى ضوء.

“لذلك على الرغم من أن الثقب الأسود يبدو ساطعًا للغاية في الصور المحاكاة ، إلا أنه مفترس ولكنه غير فعال. إنه يخرج فقط بضع مئات من الطاقة مثل الشمس على الرغم من كونه أكبر بـ 4 ملايين مرة. السبب الوحيد الذي يمكننا من دراسته على الإطلاق لأنه في مجرتنا “.

بينما يتميز M-87 بواحد من أضخم الثقوب السوداء في الكون المعروف ، فإن Sgr A * “يمنحنا نظرة على الحالة القياسية للثقوب السوداء ، الهادئة والهادئة” ، على حد قوله. “كانت M-87 مثيرة لأنها كانت استثنائية. Sgr A * مثيرة لأنها شائعة.”

“إنه رائع حقًا”

“لمشاهدة” Sgr A * ، استخدم فريق Event Horizon Telescope مجموعة من ثمانية تلسكوبات لاسلكية في هاواي وأمريكا الشمالية والوسطى والجنوبية وأوروبا والقارة القطبية الجنوبية.

باستخدام تقنية تُعرف باسم قياس التداخل الأساسي الطويل جدًا ، يمكن دمج البيانات الموقوتة بدقة من كل تلسكوب راديوي لإنتاج صور قابلة للمقارنة مع ما قد يكتشفه طبق بحجم الأرض. يتمتع التلسكوب الافتراضي الناتج بأعلى دقة وضوح مقارنة بأي أداة تم إنشاؤها على الإطلاق ، وهو قادر على اكتشاف دونات على سطح القمر.

تم جمع حوالي 3.5 بيتابايت من البيانات ، وهو نفس المبلغ تقريبًا مثل مليون مقطع فيديو TikTok. ثم تم شحن العشرات من محركات الأقراص الصلبة فعليًا إلى الباحثين في أوروبا والولايات المتحدة من أجل المعالجة والتحليل الحاسوبيين الفائقين.

“بين الحين والآخر ، عليك فقط أن تضغط على نفسك وأنت مثل ، هذا هو الثقب الأسود في وسط مجرتنا!” قالت كاتي بومان ، الأستاذة المساعدة في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا وعضو فريق EHT. “إنه لأمر مدهش حقًا … أننا كنا قادرين بالفعل على القيام بذلك.”

تعيش النجوم المستقرة في حالة من “التوازن الهيدروستاتيكي” ، وتوازن القوة الداخلية للجاذبية مع الدفع الخارجي لتوليد الإشعاع عن طريق تفاعلات الاندماج في اللب. في الشمس ، يتم دمج 600 مليون طن من الهيدروجين في الهيليوم كل ثانية لإنتاج ضغط الإشعاع الخارجي اللازم لتعويض الجاذبية والحفاظ على الاستقرار.

عندما نفد الوقود النووي للنجوم الأصغر مثل الشمس في النهاية على مدى مليارات السنين ، تنهار نواتها إلى درجة تحافظ فيها القوى الكمومية ، وليس الاندماج ، على الاستقرار. تُعرف هذه النجوم الميتة والباردة ببطء باسم الأقزام البيضاء.

عندما ينفد وقود النجوم الأكثر ضخامة ، يستمر الانهيار الأساسي بعد مرحلة القزم الأبيض.

في حالة انهيار النوى بما يصل إلى ثلاثة أضعاف كتلة الشمس ، تكون النتيجة نجمًا نيوترونيًا ، يحشر أكثر من ضعف كتلة شمس الأرض في جسم يقل عرضه عن 10 أميال. النجوم النيوترونية ، المدعومة بنوع مختلف من القوة الكمومية ، هي الأجسام الأكثر كثافة في الكون المرئي.

حتى النجوم الأكثر ضخامة ، ينتظرها مصير مختلف. تتغلب الجاذبية على جميع القوى النووية المعروفة ويتقدم الانهيار الأساسي إلى ما بعد النقطة التي تختفي فيها من الكون المرئي ، تاركًا وراءها “بئر جاذبية” شديد التركيز من الفضاء المشوه بشدة.

تُعرف هذه البقايا بالثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية لأنها تتكون من موت نجم واحد.

تم العثور على حفنة من الثقوب السوداء الكبيرة ذات الكتلة المتوسطة ، وهي نقاط انطلاق محتملة لتشكيل الثقوب السوداء الهائلة التي يُعتقد الآن أنها موجودة في نوى جميع المجرات الرئيسية. لكن تفاصيل كيفية تشكل هذه الثقوب الكبيرة ليست واضحة بعد.

هدف رئيسي من إطلاقه حديثا تلسكوب جيمس ويب الفضائي هو مساعدة علماء الفلك على رسم خريطة لتشكيل ونمو هذه الثقوب السوداء في أعقاب الانفجار العظيم.

قال أوزيل: “أتمنى أن أخبرك أن المرة الثانية جيدة مثل الأولى التي تصور الثقوب السوداء”. “لكن هذا لن يكون صحيحًا. إنه في الواقع أفضل. الآن نعلم أنه لم يكن مصادفة ، لم يكن بعض جوانب البيئات التي تبدو وكأنها الحلقة التي توقعنا رؤيتها.

“نحن نعلم الآن أنه في كلتا الحالتين ، ما نراه هو قلب الثقب الأسود ، نقطة اللاعودة. … الزمكان ، نسيج الكون ، يلتف حول الثقوب السوداء بنفس الطريقة تمامًا ، بغض النظر عن الكتلة ، أو ما يحيط بها “.



Source link

المادة السابقة2022 MercedesBenz AMG CLA 45 Edition 55 أخبار ومعلومات
المقالة القادمةأبلغت منظمة الصحة العالمية عن انخفاض حالات الإصابة بفيروس كورونا في كل مكان باستثناء إفريقيا والأمريكتين